الموصلات و العوازل
تتميز المواد الموصلة، بتوافر عدد وافر، من الإلكترونات الحرة فـيتركيبها، وهذه الإلكترونات الحرة، يمكن تحريكها بسهولة، ببذل شغل، مـنمصدر مناسب للطاقة الكهربية، ويمكن، أيضاﹰ، تعريف المواد الموصلة، بأنها تلك المواد التي لها مقاومة كهربية صغيرة جداﹰ، فمقاومة سلك من النحـاسطوله ١٠ أقدام، على سبيل المثال، تقل عن أوم واحد؛ عادة تستخدم أسلاك من المواد الموصلة، لتوصيل أطراف مصدر الجهد الكهربي، بأطراف الجهازأو المعدة، المراد تغذيتها بالطاقة الكهربية، من دون فقد جزء مـن الطاقـةالكهربية المخزونة، أو المتولدة من مصدر التغذية.
تتميز المواد العازلة، بعدم وجود إلكترونـات حـرة فـي تركيبهـا،ويصعب فصل الإلكترونات الموجودة في مدارات، حول ذرات تلك المواد، إلا في أحوال خاصة، وتوفير طاقة عالية جدﹰا، ويمكن تعريف المـواد العازلـة، بأنها تلك المواد، التي لها مقاومة كهربية تزيد على بضعة ملايين أوم؛ ومن أمثلة هذه المواد، الهواء، والزجاج، والبلاستيك، والمطاط، والقطن، وهـيتستخدم عادة لفصل، أو عزل الموصلات الكهربيـة، وكـذلك لمنـع انتقـالالإلكترونات، أو التيار الكهربي، من موصل إلى أي جسم آخر.
هناك بعض العناصر الطبيعية، وبعض المواد المركبة، لها خـواصكهربية متوسطة، بين الخواص الكهربيـة للمـواد الموصـلة، والخـواص الكهربيــة للمــواد العازلــة؛ يطلــق علــى هــذه المــواد أشــباهالموصلاتSemiconductors ، وتلك المواد، لها استخدامات عديدة ومهمةجداﹰ، وتعد القاعدة الأساسية، التي ارتكز عليها التقدم الت كنولوجي الـسريع،لعالم الإلكترونيات.
يستخدم الموصل الكهربي، كما سبق توضـيحه، لتوصـيل الطاقـةالكهربية، من مصدرها، إلى الجهاز أو المعدة، المطلـوب تغـذيتها بالجهـدالكهربي، وعلى سبيل المثال، توصيل مصباح كهربـي قدرتـه ١٠٠ وات،بمصدر للجهد يوفر ٢٠٠ فولت، وهذا يعنى، أنـه لكـي يـضئ المـصباحالإضاءة السليمة، يلزم أن ينطبق على طرفيه فرق جهد ٢٠٠ فولت، ويمـربه تيار شدته ٥,٠ أمبير؛ لكي يتحقق ذلك، يلزم توصيل المصدر الكهربـي،والمصباح، بسلك ذي مقاومة صغيرة، بحيث يكون فرق الجهد الواقع علـىالسلك قليلاﹰ، لا يؤثر في قيمة الجهد المطبق على طرفي المـصباح؛ الـشكل الرقم ١٣
يوضح طريقة توصيل مصدر تغذية كهربية، جهده ٢٠٠ فولت، بمـصباحكهربي، قدرته ١٠٠ وات، بسلك مقاومته ١ أوم، لكل ١٠ أمتار من الطول؛تحسب القدرة P ، من المعادلة:
P = I V
100 = I x 200
I = 0,5 Amper
يساوي Vd هذا التيار، يسبب فقداﹰ في الجهد
Vd = 0,5 x 1
=0.5 Volt
ويكون فرق الجهد، المطبق على طرفي المصباح، عبارة عن الباقي:
200-0.5=199.5 Volts
وهذا الجهد، يناسب تماماﹰ العمل السليم للمصباح، ويـوفر الإضـاءةالقوية منه؛ لكن إذا ازدادت مقاومة سلك التوصيل، وأصبحت ١٠٠ أوم مثلاﹰ، فإن الفرق في الجهد، يكون ٥٠ فولت، والباقي ١٥٠ فولت؛ هذا لا يناسـب العمل السليم للمصباح، وينتج إضاءة ضعيفة، إضافة إلى أن هنـاك طاقـةمفقودة، خلال عملية التوصيل، لم يستفد منها، ولها آثار ضارة، على الدائرةالكهربية.
تصنع معظم أسلاك التوصيل الكهربـي، مـن مـادة النحـاس، ذاتالمقاومة القليلة جداﹰ، وهناك بعض الأسلاك المصنوعة، مـن الألومنيـوم أو الفضة، تستخدم لأغراض خاصة؛ يكون سلك التوصيل منفرداﹰ، الشكل الـرقم١٤ ،
السلك المفرد الشكل الرقم ١٤
أو مجموعة أسلاك رفيعة مجدولة، الشكل الرقم ١٥
السلك المجدول الشكل الرقم ١٥
النوع المجدول يكون أكثر مرونة، ومقاومة للكسر، من النوع المفرد، وتكون مساحة مقطع السلك المجدول، هي مجموع مساحات مقاطع الأسلاك الرفيعةالمكونة للجديلة.
يتكون الكابل cable ، من مجموعة من أسلاك التوصيل، تتكون مـنسلكين، أو أكثر بينها مادة عازلة، وأشهر أنواع الكوابل وأكثرها استخداماﹰ،الكابل المحوريCoaxial cable ، الشكل الرقم ١٦ السلك المحوري الشكل الرقم ١٦
حيث يكون الموصل الداخلي، أحـد أسـلاك التوصـيل، وتكـون الـشبكةالمجدولة، المحيطة بالموصل الداخلي، هي الموصل الثاني، الذي يمثل فـيالوقت نفسه، حاجباﹰ يمنع تداخل المجالات الكهرومغناطيسية، غير المرغوبفيها، مع الإشارات الكهربية المفيدة، التي تسري في الموصل الداخلي.
لمنع حدوث قصر في الدوائر الكهربية، أو لمنـع اتـصال الأسـلاكالكهربية مع أسلاك كهربية أخرى، أو مع أي مكون، أو نقطة موصلة أخرىمن الدائرة، يلزم تغطية السلك الموصل، بمادة عازلة لها، مقاومـة عاليـةالقيمة، فالأسلاك الرفيعة جداﹰ، تغطى بطبقة من طلاء، عازل مثل “الإنامـل “.
أما الأسلاك، ذات القطر الأكبر نسبياﹰ، فتغطى محيطها بمادة عازلة، عادة ماتكون مادة بلاستيكية، أو مطاطية، أو قطنية، وغالباﹰ ما يحاط السلك الموصل، بأكثر من طبقة من المواد العازلة المختلفة، إذا كان يحمل تياراﹰ كبيراﹰ، أو كان فرق الجهد بين السلك الموصل، والمكونات القريبة منه كبيراﹰ.
غالبﹰا ما تمثل أسلاك التوصيل، في الدوائر الكهربية المعقدة، مشكلةكبيرة، نظراﹰ لتداخلها وصعوبة تمييزها وتنسيقها، ونتيجة لذلك، تم تطـويرتقنية جديدة، أطلق عليها تقنية الـدوائر الكهربيـة المطبوعـة،Printed circuits، وفيها يتم الاستغناء عن معظم أسلاك التوصيل المستخدمة للربطبين مكونات الدائرة الداخلية، وتستخدم بد ﹰلا من أسلاك التوصيل، مسارات من الفضة أو النحاس، مطبوعة على رقيقة من مـادة عازلـة، ويـتم تركيـبالمكونات بواسطة اللحام مباشرة على النقط، المخصصة لها مسبقاﹰ على هذهالمسارات؛ تتميز الدوائر الكهربية المطبوعة بالحجم الصغير المدمج، وجودةعالية للموصلات الكهربية.